高超声速低温喷管副喷管参数化设计

 通过对DF化学激光器高超声速低温(HYLTE)喷管副喷管流动与几何参数进行制约关系和敏感性分析，确定了能够对副喷管进行参数化设计的4个基本几何控制参数和2个调节参数，初步建立了HYLTE喷管副喷管的参数化设计方法。引入了相对未混合度作为衡量喷管混合效果的性能参数，建立了较完备的3维反应流数值模拟计算程序。结果表明：该方法选择的基本参数能够敏感地反映HYLTE喷管副喷管的尺寸特征和关键性能。     

环形HYLTE喷管叶片的简化设计及加工方法

 在不影响喷管性能的前提下,将环形HYLTE喷管叶片分解为4个1/4圆环,经过进一步简化设计后,得到只有3个截面中心共面的内部管道的1/4环形叶片。提出了两种环形HYLTE喷管叶片的加工方法：真空钎焊的方法和嵌铸的方法,并对两种方法进行了比较。对于真空钎焊的方法,进行了验证加工,测试结果表明喷管叶片焊接处气密性良好,力学性能优良,可在较高温度下正常工作。嵌铸的方法在一体化加工方面优势明显,可作为环形喷管加工的备选方法。     

DF/HF化学激光器HYLTE喷管的副喷管质量流量系数

 对DF/HF化学激光器HYLTE喷管的副喷管质量流量进行了数值和理论计算，得出入口滞止压力在0.01~0.4MPa之间、喉道半高度在0.1~0.9mm之间的喷管的氘气，氢气和氦气质量流量系数，总结出质量流量系数随入口滞止压力和喉道高度的变化规律，并给出拟合公式，为副喷管的设计提供依据。     

基于梯度响应面模型的优化设计

本文主要研究一种梯度响应面模型及其在气动优化设计中的应用. 目前应用广泛的多项式响应面模型是连续可导的, 采用梯度信息构造完全二阶多项式响应面模型, 所需样本数与设计参数个数呈线性关系. 首先通过改进实验设计方法, 快速生成满足精度要求的样本并确定梯度响应面模型. 随后通过函数实验验证梯度响应面模型的精度, 及该模型在多极值函数最值搜索中的有效性. 最后由伴随方法快速求解气动优化设计目标函数的梯度信息, 并开展基于梯度响应面模型和复合形法的叶片压力反设计和效率优化设计. 结果表明: 基于梯度响应面模型的优化方法在全局最优及提高优化效率两方面均有出色表现, 基于该优化方法的气动优化设计能够显著改善叶片的气动性能. 关键词： 气动优化设计 响应面模型 伴随方法 复合形法     

环形HYLTE喷管耦合段及光腔区流场的数值模拟

参考传热学相关理论,估算燃烧室的传热损耗分数及相应的平衡温度,确定了主喷管的入口参数设置。在此基础上,对环形HYLTE喷管的耦合段及光腔区流场进行3维的数值模拟,给出了F原子质量分数、静温、静压的空间分布,得到了光腔区各支谱线的小信号增益系数变化曲线。将计算结果与实验结果进行比对,光谱测量结果及移动光轴实验证实了计算模型的合理性。     

基于离散型伴随方法的单边膨胀喷管优化设计研究

目前高超声速喷管的设计方法主要有特征线方法与基于CFD分析的优化设计方法。采用特征线法设计喷管时流动需基于无黏、无旋假设进行简化,无法确保设计结果在真实流动情况下达到最优;采用遗传算法或常规梯度类方法等优化算法进行优化设计时,设计变量数目的增多为设计带来计算量方面极大的挑战。为克服上述方法在设计过程中的不足,依托伴随方法具有计算量与设计变量数目几乎无关的特点,本文发展了基于离散型伴随方法的单边膨胀喷管的设计方法,以控制喷管沿流程的面积分布作为参数化方法,在初步设计的性能优良的原型喷管基础上实现了精细化伴随优化设计,优化后推力系数比原型喷管提升0.8个百分点。     

Laval喷管内激波位置的计算及制冷性能分析

明确激波在Laval喷管内的发生位置,能够为设计及优化Laval喷管线型提供理论依据,从而提高Laval喷管的制冷性能和整个天然气超音速分离器的分离效率。文中对Laval喷管进行了结构设计,对不同背压条件下Laval喷管内激波位置进行了理论分析与计算,并利用FLUENT软件进行了数值模拟,通过研究不同背压条件下Laval喷管内气体马赫数、压力和温度分布,对喷管制冷性能进行了对比分析。结果表明:保持Laval喷管入口压力不变,随出口背压增大,激波位置逐渐从喷管出口向喷管入口方向移动,气体受到激波的影响,在喷管所能达到的最大马赫数不断降低,所能产生的最低温度不断上升,喷管的制冷性能越差;理论计算与数值模拟结果基本一致,数值模拟验证了理论计算的正确性。     

气动激光器喷管非平衡流2维数值仿真

将Anderson的两振型三温度弛豫模型和严海星整理的弛豫数据相结合,采用2维守恒型方程组对按照最小长度喷管型面设计方法设计的、面积比分别为50和20的气动激光器喷管非平衡流场进行了数值仿真。小信号增益计算结果在每个计算点都和J.S.Vamos等人针对这两种喷管的小信号增益测量试验结果符合很好.解决了传统的准1维非平衡流分析方法不能很好地和试验结果相符的问题.对气动激光器喷管性能设计提供了更精确的评估方法。     

任意长度喷管型面设计方法在气动激光器喷管设计中的应用

 将一种新的任意长度喷管型面设计（ALN）方法应用于气动激光器喷管型面设计,在相同的喷管出口设计马赫数、喷管喉部高度及喷管扩张段长度条件下,设计了4条ALN方法喷管型面,并和一条最短长度（MLN）喷管型面作对比,采用2维气动激光器增益场仿真方法对5个喷管的小信号增益场进行仿真。计算结果表明:ALN方法可以有效地实现增益场分布的控制,选择合理的设计参数得到的喷管长度比MLN喷管更短,小信号增益更大。     

油烟机内多翼离心风机的响应面优化设计

为改善油烟机的气动性能,提高最大风量工况下的整机全压,对油烟机内多翼离心风机的叶轮进行响应面优化。通过与实验数据对比,验证了本文数值模型的可靠性。使用Box-Behnken实验设计方法对叶轮的进出口安装角和轮径比进行响应面优化,结果表明,叶轮的进出口安装角和轮径比对风机全压均有显著影响;将不考虑油烟机辅助部件的简化模型与整机模型分别进行响应面优化并进行对比分析,结果表明简化模型的优化结果在整机模型中存在不适应性。对最终优化机型在不同风量工况下进行气动性能和噪音的实验测试,实验结果表明,油烟机整机全压在最大风量工况下提高了18.89 Pa,且在整个工况范围内,气动性能均显著提高,A声压级噪声没有显著变化。     

响应面方法在叶片扩压器优化设计中的应用研究

本文应用响应面方法完成了某叶片扩压器的优化设计。通过改变叶片数和出口安装角构造扩压器,进行CFD分析,建立样本数据。基于不同的样本数,用响应面方法寻求的最佳设计点在大致相同的区域,而且与CFD分析结果相比误差很小。表明,响应面方法可以通过较少的样本准确拟合设计变量与响应变量的关系,在流体机械性能预测和多变量优化设计问题中有很好的应用前景。     

Diversity management for efficient combinatorial optimization of materials

We describe the issues of evolutionary library design in the frame of Material and Catalyst discovery. Concepts of diversity management on material library to enhance the efficiency of the optimization are proposed. The diversity monitoring is implemented by two different approaches. The first deals with a dynamic monitoring of mutation and crossover rates whereas the second involves a selection step based on sample “distance”. Simulations of optimization are performed on a surface response which is designed to mimic realistic data. Algorithm performances are compared in terms of both efficiency and reliability.     

基于贝叶斯优化的SVM玉米品种鉴别研究

为了快速检测玉米品种类型,基于支持向量机(SVM)和近红外光谱联合建立玉米品种的分类模型。以郑单958、先玉335、京科968、登海605和德美亚等五个品种共计293个样本为研究对象,对采集的近红外光谱进行标准正态变量变换(SNV)处理后使用主成分分析法(PCA)对光谱数据进行降维处理。按照6∶1比例,随机选取251个样本为训练集,42个样本作为测试集,探讨贝叶斯优化算法(BO)对SVM模型性能的影响。分别使用网格搜索(GS)、遗传算法(GA)和BO算法等三种方法对SVM模型的两个重要参数惩罚因子C和径向基核函数参数γ进行寻优。选择各模型十折交叉验证识别准确率最高时对应的惩罚因子和核参数作为建模参数,建立SVM分类模型。将使用BO算法建立的SVM分类模型与使用GS和GA进行参数寻优后建立的模型性能进行比对。实验发现,使用BO优化的SVM分类模型相比于其他两种优化算法得到的SVM模型性能具有显著优势,测试集的识别准确率可达到100%。说明使用BO算法寻优的SVM模型参数是全局最优参数,其他两种优化算法寻优的参数可能陷入了局部最优,从而导致模型性能表现不佳。在进行PCA降维前后的光谱数据上分别建立BO-SVM模型,结果表明,BO算法对于高维数据优化效果不佳,更适用于低维数据。对于不同样本类别间数量不均衡导致模型性能表现不佳的问题,通过剔除郑丹958和先玉335两类数量较少的样本,使用剩余三个类别,共计248个样本重新建立SVM模型,实验发现,剔除两类小样本之后,各个模型在测试集上的性能均有提升,说明对于类间样本数量不均衡问题,某类样本数量越多,对于模型参数的修正就越细腻,模型对该类的拟合效果就越好。研究结果可用于玉米品种的快速鉴别,也可为基于近红外光谱的其他农产品分类和产地鉴别提供参考。     

基于参数化模型的内冷屏设计优化流程的开发

在中国聚变工程实验堆(CFETR)集成设计平台(CIDP)的设计框架中,基于参数化模型开发了能够高效开展内冷屏设计优化的工作流程。通过OPTIMUS 软件驱动CATIA、ANSYS 等CAD/CAE 软件进行自动建模及有限元分析,利用响应面模型、敏感度分析等方法确定与优化目标关系密切的参数,该流程根据内冷屏的参数化模型的几何参数驱动优化流程得到满足设计判据的优化设计参数。在应用示例中,考虑到等离子体破裂工况下冷屏的安全运行要求,在电磁-结构分析得到的应力满足设计判据的前提下,通过优化几何参数使内冷屏的质量最小,从而降低建造成本、提高经济性。     

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In the integrated design framework provided in the CFETR integration design platform (CIDP), a workflow that can efficiently optimize the design of the vacuum vessel thermal shield (VVTS) was developed based on the parametric model. In the workflow, according to the geometry parameters of the parametric model of the VVTS, automatic modeling and finite element analysis in CAD/CAE software like CATIA and ANSYS can be driven by OPTIMUS software. The response surface model and sensitivity analysis are then used to determine the parameters which are closely related to the objective optimization. The optimized design parameters of the VVTS, which satisfy the design criterion, can be obtained by further optimization workflow. The application of the workflow is demonstrated by an example, where the safety requirement during plasma disruption events is considered. While the stress obtained by electromagnetic- structural analysis can meet the design criteria, the mass of the VVTS is minimized to reduce the construction cost and improve economics.     

OPTIMUM DESIGN OF A HELICOPTER ROTOR FOR LOW VIBRATION USING AEROELASTIC ANALYSIS AND RESPONSE SURFACE METHODS

An aeroelastic analysis based on finite elements in space and time is used to model the helicopter rotor in forward flight. The rotor blade is represented as an elastic cantilever beam undergoing flap and lag bending, elastic torsion and axial deformations. The objective of the improved design is to reduce vibratory loads at the rotor hub that are the main source of helicopter vibration. Constraints are imposed on aeroelastic stability, and move limits are imposed on the blade elastic stiffness design variables. Using the aeroelastic analysis, response surface approximations are constructed for the objective function (vibratory hub loads). It is found that second order polynomial response surfaces constructed using the central composite design of the theory of design of experiments adequately represents the aeroelastic model in the vicinity of the baseline design. Optimization results show a reduction in the objective function of about 30 per cent. A key accomplishment of this paper is the decoupling of the analysis problem and the optimization problems using response surface methods, which should encourage the use of optimization methods by the helicopter industry.     

Integrated design of piezoelectric damping system for flexible structure

This paper aims at developing an integrated design method of the active/passive hybrid type of piezoelectric damping system for reducing the dynamic response of the flexible structures due to external dynamic loads. The design method is based on the numerical optimization technique whose objective function is a control effort of the active damping. A vibration suppression performance, which is evaluated by the maximum value of the gain of the frequency response function of the structure, is constrained. In order to demonstrate the structural damping capability of the hybrid type of piezoelectric damping system designed by proposed method, numerical simulation and laboratory experiment will be done using a three-story flexible structure model equipped with 12 surface bonded PZT tiles pairs. Both numerical and experimental results indicate that the optimally designed hybrid piezoelectric damping system can be successfully achieving excellent performance as compared to a conventional purely active piezoelectric damping system.     

大口径反射镜结构的两种参数优化方法

大口径反射镜在自重作用下发生变形,变形过大会引起镜片通光表面的峰谷值较大,难以满足光机装置打靶精度的要求。建立了典型反射镜结构的有限元仿真模型,以计算镜片表面峰谷值;优化了安装柱的位置、尺寸及镜片厚度等参数,使镜片通光表面形变峰谷值最小。分别采用了基于有限元模型的直接优化和基于代理模型的优化,均获得了结构最优参数,使形变峰谷值比初始值降低了74%。相比而言,基于代理模型的优化还可提供目标量随设计变量的变化情况以及变量灵敏度分析,更有利于设计决策。当设计变量个数多、范围宽时,可先根据先验知识或低精度代理模型缩小设计范围,然后建立紧缩范围的高精度代理模型并进行优化,可有效避免大量计算。根据“三圆柱”支撑结构的参数优化结果,建议采用“四圆柱”支撑设计,以获得更高的面形精度。